來源：逆作法工程中心

1 工程概況

1.1 結(jié)構(gòu)概況 

上海恒積大廈于1994年~1996年建設(shè)，工程地處上?；春|路、西藏南路的東南角。建設(shè)基地北面為淮海東路，西面為西藏南路，南面為桃源路，東面為桃源新村。

本工程地下4層、地上22層，其中裙房5層，總建筑面積約70000m2。大樓的主要功能為商業(yè)和辦公，柱網(wǎng)軸線尺寸為8.4m×8.4m，結(jié)構(gòu)形式為典型的框架核心筒結(jié)構(gòu)，基坑面積約4000m2，地下4層，開挖挖深約17m。工程地質(zhì)條件為上海地區(qū)典型的軟土地基，自地面以下約30m為軟粘土、砂土，含水量較豐富，地下承壓水在層面位于30m的第⑦層砂土中。

本工程的基坑圍護墻為800mm厚地下連續(xù)墻，地下連續(xù)墻長度為35m，工程樁為Φ800鉆孔灌注樁，灌注樁的樁尖持力層為第⑨層土，樁尖深度為84m，有效樁長為67m。

根據(jù)業(yè)主要求，本工程必須在16個月內(nèi)裙房交付裝修，在24個月內(nèi)全部竣工。因此要求施工單位采取必要的措施加快施工進度。

上海恒積大廈平面圖及效果圖 

1.2 工程環(huán)境

本工程地處鬧市中心，周邊環(huán)境復雜，西側(cè)的西藏南路與北面的淮海東路交通繁忙，地下各類管線較為密集。其中北側(cè)的自來水管距基坑邊為5～8m；東面的桃源新村為上一世紀50年代所建5層混合結(jié)構(gòu)，無樁基，其距基坑邊約為8m；南面的桃源路路幅較窄，桃源路南側(cè)的民房為上世紀三十年代所建的二層石庫門磚木結(jié)構(gòu)，房屋相當陳舊，其與基坑隔街相距約10m左右。

2 工程難點

本工程開工前，施工方與業(yè)主磋商，為滿足工期要求，擬采用逆作法施工。當時在逆作法施工方面的成功工程實例較少，可借鑒經(jīng)驗不多，施工中需要解決的文圖及技術(shù)難點主要有以下幾方面：

①對周邊環(huán)境的保護；

②逆作法一柱一樁的形式確定，以及一柱一樁在施工期間的各工況的承載力計算，相鄰柱之間差異沉降的控制；

③逆作法的挖土施工方法及如何提高挖土效率；

④逆作法的地下室柱梁板節(jié)點設(shè)計及施工方法；

⑤地下室梁板、柱的支模與澆混凝土方式。

3 本工程逆作法施工

根據(jù)本工程的結(jié)構(gòu)平面布置，其電梯井筒在建筑物的中心，這種結(jié)構(gòu)平面布置也是一般商辦樓結(jié)構(gòu)平面布置較為典型的方式，即外框內(nèi)筒的結(jié)構(gòu)受力形式。電梯內(nèi)筒為剪力墻結(jié)構(gòu)，若剪力墻采用逆作法，必須在其筒體剪力墻布置相當?shù)墓こ虡?，并且在逆作法施工過程中要進行墻體置換法施工。這種方法施工速度受到一定的制約，且技術(shù)措施費用較貴。因此，針對該工程的結(jié)構(gòu)特點，在逆作法設(shè)計與施工中采取了相關(guān)的技術(shù)措施。

3.1 逆作法總體施工技術(shù)路線

除電梯井筒剪力墻外，其余框架部分地上、地下結(jié)構(gòu)同步逆作施工。在地下室基礎(chǔ)底板封底時，上部結(jié)構(gòu)施工計劃施工至5層裙房。

其逆作法工況如圖所示。

上海恒積大廈逆作法施工工況圖

（1）逆作法的柱樁選型

由于逆作法施工需要部分工程樁作為一柱一樁的立柱樁來承載施工階段的豎向結(jié)構(gòu)荷載，因此當主體結(jié)構(gòu)設(shè)計完成樁位與樁型后，施工單位應(yīng)根據(jù)以下原則對結(jié)構(gòu)設(shè)計的工程樁進行調(diào)整，以滿足工程在進行逆作法施工階段的受力需要。

原則一：應(yīng)不改變建筑物的使用功能，如層高、柱網(wǎng)軸線、柱、墻的截面外型尺寸等；

原則二：應(yīng)不削弱原結(jié)構(gòu)樁基的承載力，不改變其合力重心；

原則三：應(yīng)方便逆作法的各項施工工藝，使現(xiàn)有的施工工藝手段基本滿足施工規(guī)范與結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的質(zhì)量要求；

原則四：能滿足施工階段各工況的承載力要求，即在各施工工況下，結(jié)構(gòu)有足夠的安全度；

原則五：盡可能不增加或少增加因逆作法而引起的施工成本。

在以上原則下，若主體結(jié)構(gòu)設(shè)計為鉆孔樁、PHC樁等樁型時，則逆作法施工設(shè)計盡可能不改變其樁型，一柱一樁的立柱可選用鋼管混凝土柱或鋼格構(gòu)柱。其中鋼管混凝土柱的承載力大，而鋼格構(gòu)柱的柱梁節(jié)點較容易處理（鋼格構(gòu)柱在遇到有主梁處時其主筋較容易穿過格構(gòu)柱），因此能較好地滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計要求。

鋼立柱的選用均應(yīng)進行施工驗算，滿足逆作法施工各工況的承載力。具體選用哪類柱型可根據(jù)工程情況而定。

（2）逆作法一柱一樁的平面布置

在軟土地區(qū)，對主體結(jié)構(gòu)的框架柱基礎(chǔ)設(shè)計一般布置為多樁承臺，而逆作法施工設(shè)計一般只利用一根樁，因此在施工設(shè)計時可按如下原則進行調(diào)整：

原則一：逆作法施工設(shè)計不改變原結(jié)構(gòu)設(shè)計的工程樁合力大小。

原則二：逆作法施工設(shè)計不改變原結(jié)構(gòu)設(shè)計的工程樁合力重心的平面位置。

依上述原則，若原設(shè)計承臺為多樁承臺，則可以按下列方式調(diào)整多樁承臺的平面布置。

多樁承臺調(diào)整示意圖

若為二樁承臺，則可將原設(shè)計的樁形作適當調(diào)整，加大樁徑或樁長，改為單樁承載形式；或減小樁徑或樁長，形成如圖所示的三樁承臺。

3.2 一柱一樁的選型

一柱一樁可采用Φ800鉆孔灌注樁，其上端不采用格構(gòu)柱，直接由Φ800樁施工至±0.000標高（圖4-2-4），用工程樁兼作為支撐力柱，此種方式費用較省，但為保證梁柱節(jié)點處梁的鋼筋布置，其外包柱的截面尺寸較大，往往要達到1400mm×1400mm。

一柱一樁示意圖

本工程Φ800一柱一樁的持力層設(shè)在第⑨層土，根據(jù)靜載試樁，其承載力可達到12000kN，沉降值僅為24mm，而實際施工時只需滿足單樁荷載為7200KN的承載要求（地下4層地上5層），故單樁承載力滿足施工階段的要求，因此最終設(shè)計采用了這一方法。工程實施中根據(jù)施工監(jiān)測結(jié)果，相鄰兩樁（柱）的沉降差不大于6mm，遠小于設(shè)計要求的20mm。

3.3 柱梁節(jié)點的設(shè)計與施工

（1）柱梁節(jié)點

地下室臨時立柱由于直接采用Φ800灌注樁，因此，梁的主筋在節(jié)點處貫通帶來一定困難。本工程采用了的解決方法見下圖。該方法是在箍筋上加焊連接鋼板，并將梁的縱向鋼筋焊接在連接鋼板上。但這一方法應(yīng)保證梁的縱向鋼筋有一定數(shù)量在柱的節(jié)點處貫通，這也是采用這種方法的外包柱截面尺寸較大的原因。 

用灌注樁作臨時立柱的梁柱節(jié)點示意圖

（2）外包柱的支模及澆混凝土

外包柱的混凝土澆筑可在樓板上留設(shè)Φ100澆搗孔進行施工。柱子頂部的模板設(shè)置為倒八字形形成柱帽，在模板四周設(shè)置若干振搗器，利用柱帽位置的空間由澆搗孔澆灌外包柱（下圖）。

柱頂預留澆搗孔

（3）逆作法梁板模板施工方法

逆作法的地下室梁板結(jié)構(gòu)模板的支模形式，若采用常用的主次梁結(jié)構(gòu)形式，施工模板比較復雜。因此，本工程施工單位提議，采用了密肋板的形式。其密肋板的受力性能與經(jīng)濟性比主次梁板形式更好，而且密肋板的高度較小，本工程設(shè)計為500mm，而梁板結(jié)構(gòu)一般梁的高度要達700～800mm，因此采用密肋板結(jié)構(gòu)的地下室樓層凈空高度可增加200～300mm。這給地下室的電纜橋架、消防管道等布置提供了方便。另外，密肋板的支模材料為塑料殼而非木材，因此以環(huán)保角度來看，更加綠色環(huán)保。本工程密肋板支模方法見下圖。

逆作法密肋梁板支模方法

從以上看，在“逆作法”施工中，密肋樓板比一般主次梁板施工更加方便，而且地下室挖土因支撐而超挖的深度更小，因此對基坑圍護墻的變形控制效果更好。

（4）逆作法的挖土方法

基坑的挖土方法是逆作法施工工藝的關(guān)鍵技術(shù)之一，尤其是上、下結(jié)構(gòu)同步施工時，由于上部結(jié)構(gòu)的柱網(wǎng)軸線一般為8～10m，層高在5～6m，因此若采用傳統(tǒng)的液壓挖土機或鋼索抓斗挖土機在±0.00板上垂直取土的方法，因其把桿高度及把桿的回轉(zhuǎn)半徑遠超過柱網(wǎng)軸線，該方法會影響逆作法的上部結(jié)構(gòu)施工。為此恒積大廈的逆作法挖土方法首次研制專用提升土方的機械——專用取土架（下圖）。專用取土架設(shè)置在取土口上方，其高度滿足土方運輸車輛和土斗作業(yè)高度，取土架上方架設(shè)行車軌道，鋼索抓斗通過滑車組可在行車軌道開行。抓斗的上、下運動和挖土、卸土作業(yè)通過鋼索控制，而水平向則可沿行車軌道開行

取土架挖土方法示意圖

4 實施效果

4.1 對周邊環(huán)境的影響

由于采用逆作法，本工程在整個施工期間西藏南路及淮海東路的地下管線的位移（沉降）在10mm左右，桃源小區(qū)臨近基坑一側(cè)的煤氣管位移小于10mm，桃源路對面的二層民居（磚木結(jié)構(gòu)）房屋無明顯沉降。逆作法施工對周邊環(huán)境的保護達到了預期目標。

4.2 施工工期

1994年11月1日至1995年4月30日，基坑圍護墻、工程樁施工（約6個月）

1995年5月1日至1995年10月5日，地下4層、地上5層主體結(jié)構(gòu)施工（約5個月）

1995年10月6日至1996年5月10日，地上22層主體結(jié)構(gòu)全部施工完成（約7個月）

1996年5月11日至1996年10月15日，二結(jié)構(gòu)、裝飾施工（約5個月）

從以上工程實施情況來看，滿足了24個月總工期的要求，尤其是地下四層與地上五層裙樓施工的逆作法施工僅用了5個月的工期，體現(xiàn)了逆作法施工的優(yōu)越性。

4.3 經(jīng)濟方面

在施工措施費用上，由于采用地下室樓板作為水平支撐，替代基坑順作法的四道水平支撐，其節(jié)省費用測算為：

4000m2（基坑面積）×4（道支撐）×400元/道?m2= 640萬元

扣除逆作法措施費等320萬元左右，實際節(jié)約約320萬元。

4.4 社會效益

通過本工程的逆作法施工不僅在環(huán)境保護方面取得良好的社會效益。同時，在當時的施工條件下，創(chuàng)立了一系列新的施工工藝，為以后逆作法的推廣應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。

其中“逆作法挖土技術(shù)”、“逆作法支模方法”、“逆作法柱梁節(jié)點的設(shè)計與施工”、“逆作法一柱一樁施工方法與質(zhì)量控制”等施工技術(shù)經(jīng)以后多項工程的應(yīng)用，逐漸發(fā)展，日趨成熟與完善。

5 工程模擬分析

5.1 計算模型說明

以下介紹本工程地下室三、四層頂板的計算。有關(guān)計算參數(shù)和計算模型如下：

荷載：土壓力500 kN/m，樓面施工荷載2.0 kPa。

柱截面為Φ800灌注樁，長度為8 m，柱底假定為鉸接。

假定基坑周邊地下連續(xù)墻為800mm×3000mm的邊梁。

計算模型

5.2 計算結(jié)果

板XY平面變形

（50KN/m水平土圍壓荷載，最大值4.63mm）

板Z豎向變形

（2 KN/m2等效施工荷載，最大值-3.95mm）

板單元X方向軸向應(yīng)力

（最大值-10.15 N/mm2）

板單元Y方向軸向應(yīng)力

（最大值-13.14 N/mm2）

板單元最大有效應(yīng)力

（最大值17.61 N/mm2）